Study of molecular mechanisms allowing E. coli to resist against antibiotics

par Jordi Zamarreño Beas

Thèse de doctorat en Microbiologie

Sous la direction de Frédéric Barras et de Béatrice Py.

Soutenue le 14-12-2018

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie bactérienne (Marseille) (laboratoire) .

Le président du jury était Chantal Tardif.

Le jury était composé de Zeynep Baharoglu, Athanasios Typas.

Les rapporteurs étaient Irina Gutsche, Sofia Pauleta.

  • Titre traduit

    Etude des mécanismes moléculaires permettant à E. coli de résister aux antibiotiques


  • Résumé

    La résistance aux antibiotiques est devenue un problème de santé publique majeur. Comprendre les mécanismes moléculaires menant à la résistance aux antibiotiques et ceux qui permettent la sensibilisation est capital pour trouver des nouvelles manières de combattre les bactéries multirésistantes. La concentration intracellulaire en antibiotiques est un paramètre clé qui influe sur la sensibilité bactérienne aux antibiotiques. Au cours de ma thèse, j'ai étudié trois mécanismes différents modulant la concentration intracellulaire d'antibiotiques chez E. coli.Tout d'abord, j'ai montré que RavA, une ATPase AAA+, et son partenaire ViaA, sensibilisent E. coli aux aminoglycosides en augmentant la concentration intracellulaire d'antibiotiques. Contrairement au modèle actuellement en vigueur dans la littérature, j'ai montré que RavA et ViaA ne requièrent ni les machineries de biogénèse des centres Fe-S, ni les complexes respiratoires contenant des centres Fe-S pour sensibiliser E. coli aux aminoglycosides. Un nouveau modèle sera discuté.Enfin, dans une étude en collaboration avec l'équipe de Nassos Typas qui a analysé à très large échelle l'effet des antibiotiques en combinaison avec différentes molécules, j'ai étudié les combinaisons ayant un effet antagoniste avec les aminoglycosides. En réalisant des tests d'import de gentamicine avec 8 combinaisons différentes, j'ai montré que l'effet antagoniste était dû à une diminution de la concentration intracellulaire de gentamicine dans 7 des 8 combinaisons antagonistes testées.

    mots clés mots clés

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  • Résumé

    Antimicrobial resistance is becoming an issue of major public health concern. Understanding the molecular mechanisms leading to antibiotic resistance or sensitization is of major interest to find out new manners to fight superbugs. Modulation of intracellular concentration of antibiotics is one of the most frequent processes leading to antibiotics resistance. My thesis focused on studying three different mechanisms that modulate intracellular antibiotic concentration in E. coli.First, I showed that RavA, an AAA+ ATPase, and its VWA-containing partner, ViaA, sensitize Escherichia coli to aminoglycosides by increasing the intracellular concentrations of the drug. In physiological conditions, the RavA-ViaA aminoglycosides sensitization occurred in anaerobic conditions. To understand the molecular mechanism of such effect I developed genetic approach. I showed that in contrast to what was previously thought, RavA and ViaA acted neither with Fe-S cluster biogenesis machineries (ISC and SUF) nor with Fe-S cluster-containing respiratory complexes. Alternative model will be discussed.Last, in a collaborative work that analysed the effect of almost 3,000 dose- resolved combinations of antibiotics, I focused on drugs antagonizing aminoglycosides. The antagonistic drug combinations identified were highly conserved in six strains from three Gram-negative pathogens, E. coli, Salmonella enterica serovar Typhimurium and Pseudomonas aeruginosa. By performing aminoglycosides uptake assays with 8 different drug-gentamicin combinations, I showed that for 7 out of the 8 antagonistic combinations tested, a decreased in the intracellular concentration of aminoglycosides occurred.


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